CN103759785B

CN103759785B - 用于定量气体配置的双真空计体积测量装置及方法

Info

Publication number: CN103759785B
Application number: CN201310722638.1A
Authority: CN
Inventors: 张瑞芳; 张伟文; 成永军; 习振华; 张涤新; 盛学民; 魏万印; 管保国
Original assignee: Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Current assignee: Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: CN103759785A

Abstract

本发明提供一种用于定量气体配置的双真空计体积测量装置及方法，其中，装置包括通过隔断阀连接的变量室和参考室，所述变量室和所述参考室之间连接有第一压力计，所述参考室通过第一管路连接限流孔，所述限流孔通过第一阀门连接校准室；所述第一管路上连接有第二压力计，还通过第二阀门连接第一定量体积室、通过第三阀门连接第二定量体积室；所述变量室通过第四阀门连接第二管路；所述第二管路通过第五阀门连接外接容器、通过第六阀门连接供气系统、通过第七阀门连接抽气系统。上诉方案，在体积测量过程中无需拆卸，因此测量准确性高，且所需气量小。

Description

用于定量气体配置的双真空计体积测量装置及方法

技术领域

本发明涉及气体测量技术领域，尤其涉及一种用于定量气体配置的双真空计体积测量装置及方法。

背景技术

目前，定量体积测量方法，其一是将定量体积拆卸后送计量机构进行计量后使用，但是由于定量体积内部的死角以及拆卸、安装过程中造成的损耗，影响了体积测量的准确性。另一种方法是基于绝压式压力计，通过内置标准体积的方法测量，但是需要的气体量大，造成了不必要的浪费。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种用于定量气体配置的双真空计体积测量装置及方法，用以提高体积测量的准确性。

本发明提供一种用于定量气体配置的双真空计体积测量装置，

包括通过隔断阀连接的变量室和参考室，所述变量室和所述参考室之间连接有第一压力计，所述参考室通过第一管路连接限流孔，所述限流孔通过第一阀门连接校准室；

所述第一管路上连接有第二压力计，还通过第二阀门连接第一定量体积室、通过第三阀门连接第二定量体积室；

所述变量室通过第四阀门连接第二管路；

所述第二管路通过第五阀门连接外接容器、通过第六阀门连接供气系统、通过第七阀门连接抽气系统。

本发明还提供一种用于定量气体配置的双真空计体积测量方法，包括以下步骤：

步骤1、打开所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门、所述第六阀门、所述第七阀门及所述隔断阀，通过所述抽气系统将所述装置抽取至预定真空度；

步骤2、关闭所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第七阀门及所述抽气系统；

步骤3、启动供气系统向所述装置内冲入气体，在所述装置内压力稳定后，通过所述第二压力计检测获知所述气体的压力值P₁，关闭所述第五阀门和所述第六阀门，相应地开启所述抽气系统将所述装置抽取至所述预定真空度后顺次关闭所述第七阀门及所述隔断阀；

步骤4、开启所述第五阀门，使所述外接容器内的气体进行膨胀，并通过所述第一压力计测量获取膨胀后的压力值P₂；

步骤5、开启所述第二阀门及所述第七阀门，通过所述抽气系统将所述装置抽取至预定真空度；

步骤6、关闭所述第七阀门及所述抽气系统；

步骤7、重复所述步骤3和所述步骤4，并将此步骤中重复步骤3所新获得的P₁作为P₃，将此步骤中重复步骤4所新获得的P₂作为P₄；

步骤8、关闭所述第二阀门，开启所述第三阀门及所述第七阀门，通过所述抽气系统将所述装置抽取至预定真空度；

步骤9、关闭所述第七阀门及所述抽气系统；

步骤10、重复所述步骤3和所述步骤4，并将此步骤中重复步骤3所新获得的P₁作为P₅，将此步骤中重复步骤4所新获得的P₂作为P₆；

步骤11、在所述外接容器内放入标准体积件，重复所述步骤1-所述步骤10，并将此步骤中重复步骤3所新获得的P₁作为P₇，将此步骤中重复步骤4所新获得的P₂作为P₈；将此步骤中重复步骤7所新获得的P₃作为P₉，将此步骤中重复步骤7所新获得的P₄作为P₁₀；将此步骤中重复步骤10所新获得的P₅作为P₁₁，将此步骤中重复步骤10所新获得的P₆作为P₁₂；并根据以下关系获取所述第一定量体积室和所述第二定量体积室的体积：

V_{1} = \frac{(P_{8} - P_{7}) (P_{1} - P_{2})}{P_{1} P_{8} - P_{2} P_{7}} V_{d};

V_{2} = \frac{(P_{10} - P_{9}) (P_{3} - P_{4})}{P_{3} P_{10} - P_{4} P_{9}} V_{d};

V_{3} = \frac{(P_{12} - P_{11}) (P_{5} - P_{6})}{P_{5} P_{12} - P_{6} P_{11}} V_{d};

V₄=V₂-V₁；

V₅=V₃-V₁；

其中，所述V₁为关闭所述第一定量体积室及所述第二定量体积室后的体积，V₂为接通所述第一定量体积室后的体积，V₃为接通所述第二定量体积室后的体积，V₄为所述第一定量体积室的体积，V₅为所述第二定量体积室的体积，V_d为所述标准体积件的体积。

本发明提供的上述方案，可将精确计量的标准体积件放入到外接容器中，采用气体膨胀法根据玻意耳定律，分别计算获得第一定量体积室及第二定量体积室后的体积，准确性较高，因第一定量体积室及第二定量体积室在体积测量过程中无需拆卸，因此测量准确性高，且所需气量小，有效地节省了实验气体。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明实施例提供的用于定量气体配置的双真空计体积测量装置的原理图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为本发明实施例提供的用于定量气体配置的双真空计体积测量装置。如图1所示，本发明提供的用于定量气体配置的双真空计体积测量装置包括通过隔断阀5连接的变量室4和参考室6，变量室4和参考室6之间连接有第一压力计15，参考室6通过第一管路连接限流孔18，限流孔18通过第一阀门19连接校准室20；第一管路上连接有第二压力计7，还通过第二阀门9连接第一定量体积室8、通过第三阀门16连接第二定量体积室17；变量室4通过第四阀门3连接第二管路；第二管路通过第五阀门2连接外接容器1、通过第六阀门11连接供气系统12、通过第七阀门14连接抽气系统13。

上述方案，可将精确计量的标准体积件10放入到外接容器1中，采用气体膨胀法根据玻意耳定律，分别计算获得第一定量体积室8及第二定量体积室17的体积，准确性较高，因第一定量体积室8及第二定量体积室17在体积测量过程中无需拆卸，因此测量准确性高，且所需气量小。

具体地，外接容器1内设置有标准体积件10，标准体积件10为精确计量的具有特定体积的固体块。

具体地，第一压力计15为差压式压力计，第二压力计7为绝压式压力计。通过绝压式压力计测量气体的绝对压力，通过差压式压力计测量参考室和变容室相对压力变化。

具体地，第一阀门19、第二阀门9、第三阀门16、第四阀门3、第五阀门2、第六阀门11及第七阀门14均为真空阀门。

实际使用中，上述各真空阀门、隔断阀5、变量室4、参考室6、各定量体积室及连接上述各部件的管路的材料均为不锈钢。

其中，变量室4为具有多个相互独立的固定体积的容器，根据实际的使用需要相应的选择连接的体积大小。供气系统可以但不限于为具有多个存储不同气体的气罐。根据不同的工况，通过给真空阀门的启闭配合，来为相应的部位进行充气。

采用上述装置为定量气体比对法校准正压漏孔提供定量气体，其中，第一定量体积室8及第二定量体积室17之一用于容置适当压力的示漏气体，另一用于容置一个标准大气压的氮气，示漏气体与氮气混合均匀后，经限流小孔膨胀到校准室检测离子流，气体的定量配置使其产生的离子流信号与正压漏孔产生的离子流信号接近，减小质谱计非线性带来的误差。

本发明实施例，还提供一种采用上述装置实施例的体积测量方法，包括以下步骤：

步骤1、打开所述第一阀门19、所述第二阀门9、所述第三阀门16、所述第四阀门3、所述第五阀门2、所述第六阀门11、所述第七阀门14及所述隔断阀5，通过所述抽气系统13将所述装置抽取至预定真空度；

步骤2、关闭所述第一阀门19、所述第二阀门9、所述第三阀门16、所述第七阀门14及所述抽气系统13；

步骤3、启动供气系统12向所述装置内冲入气体，在所述装置内压力稳定后，通过所述第二压力计7检测获知所述气体的压力值P₁，关闭所述第五阀门2和所述第六阀门11，相应地开启所述抽气系统13将所述装置抽取至所述预定真空度后顺次关闭所述第七阀门14及所述隔断阀5；其中，P₁为不连通第一定量体积室和第二定量体积室的情况下，未进行气体膨胀的压力。

步骤4、开启所述第五阀门2，使所述外接容器1内的气体进行膨胀，并通过所述第一压力计15测量获取膨胀后的压力值P₂；P₂为不连通第一定量体积室和第二定量体积室的情况下，进行气体膨胀后的压力。

步骤5、开启所述第二阀门9及所述第七阀门14，通过所述抽气系统13将所述装置抽取至预定真空度；

步骤6、关闭所述第七阀门14及所述抽气系统13；

步骤7、重复所述步骤3和所述步骤4，并将此步骤中重复步骤3所新获得的P₁作为P₃，将此步骤中重复步骤4所新获得的P₂作为P₄；P₃为连通第一定量体积室且不连通第二定量体积室的情况下，未进行气体膨胀的压力，P₄为连通第一定量体积室且不连通第二定量体积室的情况下，进行气体膨胀后的压力。

步骤9、关闭所述第七阀门及所述抽气系统；

步骤10、重复所述步骤3和所述步骤4，并将此步骤中重复步骤3所新获得的P₁作为P₅，将此步骤中重复步骤4所新获得的P₂作为P₆；P₅为未连通第一定量体积室且连通第二定量体积室的情况下，未进行气体膨胀的压力，P₆为未连通第一定量体积室且连通第二定量体积室的情况下，进行气体膨胀后的压力。

步骤11、在所述外接容器内放入标准体积件，重复所述步骤1-所述步骤10，并将此步骤中重复步骤3所新获得的P₁作为P₇，将此步骤中重复步骤4所新获得的P₂作为P₈；将此步骤中重复步骤7所新获得的P₃作为P₉，将此步骤中重复步骤7所新获得的P₄作为P₁₀；将此步骤中重复步骤10所新获得的P₅作为P₁₁，将此步骤中重复步骤10所新获得的P₆作为P₁₂；并根据以下关系获取所述第一定量体积室和所述第二定量体积室的体积：P₇-P₁₂均为外接容器放置标准体积件后的压力，具体地，P₇为不连通第一定量体积室和第二定量体积室的情况下，未进行气体膨胀的压力，P₈为不连通第一定量体积室和第二定量体积室的情况下，进行气体膨胀后的压力，P₉为连通第一定量体积室且不连通第二定量体积室的情况下，未进行气体膨胀的压力，P₁₀为连通第一定量体积室且不连通第二定量体积室的情况下，进行气体膨胀后的压力，P₁₁为未连通第一定量体积室且连通第二定量体积室的情况下，未进行气体膨胀的压力，P₁₂为未连通第一定量体积室且连通第二定量体积室的情况下，进行气体膨胀后的压力。

V_{1} = \frac{(P_{8} - P_{7}) (P_{1} - P_{2})}{P_{1} P_{8} - P_{2} P_{7}} V_{d};

V_{2} = \frac{(P_{10} - P_{9}) (P_{3} - P_{4})}{P_{3} P_{10} - P_{4} P_{9}} V_{d};

V_{3} = \frac{(P_{12} - P_{11}) (P_{5} - P_{6})}{P_{5} P_{12} - P_{6} P_{11}} V_{d};

V₄=V₂-V₁；

V₅=V₃-V₁；

本发明实施例的效果可参见装置实施例，这里不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于定量气体配置的双真空计体积测量装置，其特征在于，

所述变量室通过第四阀门连接第二管路；

所述第二管路通过第五阀门连接外接容器、通过第六阀门连接供气系统、通过第七阀门连接抽气系统，所述外接容器内设置有标准体积件。

2.根据权利要求1所述的用于定量气体配置的双真空计体积测量装置，其特征在于，所述第一压力计为差压式压力计，所述第二压力计为绝压式压力计。

3.根据权利要求1所述的用于定量气体配置的双真空计体积测量装置，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门、所述第六阀门及所述第七阀门均为真空阀门。

4.基于权利要求1-3任一项所述装置的体积测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤6、关闭所述第七阀门及所述抽气系统；

步骤9、关闭所述第七阀门及所述抽气系统；

V_{1} = \frac{(P_{8} - P_{7}) (P_{1} - P_{2})}{P_{1} P_{8} - P_{2} P_{7}} V_{d};

V_{2} = \frac{(P_{10} - P_{9}) (P_{3} - P_{4})}{P_{3} P_{10} - P_{4} P_{9}} V_{d};

V_{3} = \frac{(P_{12} - P_{11}) (P_{5} - P_{6})}{P_{5} P_{12} - P_{6} P_{11}} V_{d};

V₄＝V₂-V₁；

V₅＝V₃-V₁；